انتخاب صفحه

مقدمه

با بررسی اجمالی خسارت وارد بر سازه ها در زلزله های گذشته، مشخص شده که سازه های فولادی به جهت شکل پذیر بودن مصالح و قابلیت جذب انرژی، عملکرد بهتر و اقتصادی تری نسبت به سایر سازه ها دارند. بطور کلی در مناطق لرزه خیز، از نظر اقتصادی مناسب و میسر نیست که طراحی ساختمانهای رایج طوری باشد که این سازه ها در زلزله های شدید، در محدوده الاستیک باقی بمانند . قبلا تمام سازه ها در محدوده الاستیک و بسته به شدت لرزه خیزی منطقه و اهمیت سازه طرح می شدند ولی اکنون طرح لرزه ای و با صرفه می طلبد که از رفتار جذب کنندگی انرژی با تغییرشکلهای غیر ارتجاعی در مقابل زلزله شدید استفاده شود . طراحی لرزه ای سازه ها معمولا بر این اساس صورت می گیرد که اعضائی در سازه باشند که در زلزله های شدید، رفتار غیر ارتجاعی از خود نشان داده و انرژی لرزه ای را جذب نمایند.

طراحی بر پایه اتلاف انرژی، مستلزم تعیین ضریب رفتار سازه ای ( ضریب کاهش نیروئی زلزله ) از طریق ایده ال سازی طیف پاسخ الاستیک می باشد. در طراحی لرزه ای که مبتنی بر طرح ظرفیتی است، مودهای شکست برای اعضای سازه ای کنترل می شود، طوری که سازه  شامل مناطق شکل پذیر از پیش تعیین شده و ضریب افزایش مقاومت برای سایر اعضای سازه ای می باشد. به خاطر هندسه بادبندهای همگرا، این نوع سیستم عمل خرپائی را بطور کامل با اعضائیکه در محدوده الاستیک و تحت بارهای محوری هستند، ایجاد کرده و با تأمین سختی و مقاومت جانبی زیاد و عملکرد مناسب آن در زلزله ها، از متداولترین سیستم های بار بر جانبی است .از مزیت های دیگر سیستم بادبندی همگرا، قابلیت تعمیر پذیری در صدمات شدید و نیز تشکیل یک سیستم باربر جانبی مکمل با عملکرد مناسب بصورت سیستم مختلط می توان نام برد. طبق فلسفه طراحی لرزه ای، انتظار می رود که سیستم مهار بندی همگرا تحت زلزله های شدید و کمیاب بتوانند پاسخ غیر ارتجاعی پایدار و مداومی از خود نشان دهند . بادبندهای همگرا باشکل پذیری ویژه می توانند تغییر شکلهای پلاستیک را تحمل نموده و انرژی هیسترزیس را با رفتار پایدار و در طی سیکلهای متوالی با تسلیم کششی و کمانش غیر ارتجاعی در فشار جذب نمایند .استراتژی این فلسفه طراحی، طوری است که مطمئن شویم تغییرشکل های پلاستیک فقط در بادبندها اتفاق می افتد و سایر قسمتهای سازه مثل ستونها و تیرها و اتصالات بدون پذیرفتن خرابی، زلزله های شدید را تحمل کرده و باربری ثقلی سازه را حفظ نمایند

فهرست مطالب

چکیده 1

مقدمه  2

فصل اول:کلیات

۱ – ۳- هدف از تحقیقی:

هدف تحقیق ارائه مدل پس کمانش و کاملی از اعضای مهاربند سازه ای فولادی توسط روش اجزا محدود و روابط ریاضی حاکم می باشد. اگر چنین مدلی وجود داشته باشد که بتواند در فشار، کمانش را و در کشش تسلیم را به بهترین و دقیق ترین نحو ممکن مدل نماید. و اثرات گستردگی پلاستیسیته در طول عضو مهاربند را مدل نماید، به راحتی می توان از آن در مدل کلی سازه برای شبیه سازی رفتار ساختمان فولادی استفاده کرد و بدین ترتیب از واگرائی های متداول که در نرم افزارهای CSI برخورد می شود، اجتناب کرد و تخمین و بررسی دقیق تری از نیاز جانبی سازه در مقابل بارهای لرزه ای و یا پوش داشت.

1-1-عنوان 4

1-2-بیان مسئله 5

1-3-هدف از تحقیق  7

1-4-فرضیات اصلی تحقیق 7

1-5-تاریخچه ومروری بر کارهای گذشته  8

1-6-عناوین فصلهای این پایان نامه شامل  8

المان پایه

المان پایه

فصل دوم:مسائل غیرخطی هندسی وتغییر مکان های بزرگ

۱-۲-۲- پلاستیسیته متمرکز :

به طور کلی در آنالیز غیرخطی سازه ها همیشه سعی بر این بوده که رفتار غیر خطی مصالح در سطح مطالعه مقطع مورد بررسی قرار گیرد. اساسا در سطح مطالعه مقطع می توان یک معادله نیرو تغییر مکان و یا یک معادله لنگر چرخش تعریف کرد و این معادله تعریف شده را در محلی خاص از عضو به صورت گره جمع شده و متمرکز فرض نمود و بقیه طول عضو را فاقد هرگونه خاصیت غیرخطی فرض کرد. از جمله مزایای این روش سرعت بالای حل آن می باشد و حتی در مورد بسیاری از اعضای فولادی که مهندسی از قبل می داند که معمولا پلاستیسیته کجا تشکیل می شود، این روش از دقت بالایی نیز بر خوردار است. اما در مورد اعضای بتنی مسلح با قاطعیت نمی توان یک رفتار از پیش تعیین شده برای این اعضا تعریف کرد. از دیگر معایب این روش می توان به عدم دقت آن در مدلسازی رفتار پلاستیک جزئی مقطع اشاره کرد.

2-1-مقدمه 10

2-1-1-مدلهای کلی سازه ای 11

2-1-2-روش اجزاء محدود برپایه استفاده از المانهای تک محوری 11

2-1-3-روش اجزاء محدود میکروسکوپی 12

2-2-رفتار غیرخطی مصالح 12

2-2-1-پلاستیسیته متمرکز 3

2-2-2-پلاستیسیته گسترده 13

2-3-رفتار غیرخطی هندسی 14

2-3-1-روش لاگرانژی کامل 14

2-3-2-روش لاگرانژی تعمیم یافته 15

2-3-3-روش فرمولاسیون کروتیشنال 15

2-4-فرمولاسیون نرمی وسختی 16

2-5-پیشینه 17

2-5-1-المانهایی که برپایه روش سختی میباشند 17

2-5-2-المانهایی که برپایه روش نرمی میباشند 17

2-5-3-فرمولاسیون  18

2-5-4-فرمولاسیون کاملا دقیق مسائل غیرخطی هندسی 19

2-6-منشا مسائل غیرخطی هندسی    20

2-6-1-المان خرپای ساده 20

2-6-2-المان خرپای ساده 22

2-6-3-المان تیر 24

2-7-تغییرمکان های بزرگ در مقابل تغییرشکلهای بزرگ 29

2-7-1-تانسور گرین-لاگرانژ 29

2-7-2-اثرP-ا      30

2-8-تبدیل 33

2-9-تعیین وضعیت المان  35

2-10-نتیجه گیری 35

شکل تغییرمکان ها

شکل تغییرمکان ها

فصل سوم:تحلیل پس کمانشی اعضاء منفرد

۱-۱-۳- مدلهای فیزیکی:

در این گونه روشها فرض می شود که عضو مهاربندی یک عضو دو سر مفصل می باشد که یک طول موثر معادل و یک مفصل پلاستیک را نیز در وسط خود می تواند داشته باشد. حال می توان برای روابط تحلیلی، یک منحنی اندرکنش نیروی محوری و لنگر خمشی و یک منحنی الاستو پلاستیک کامل را برای عضو در نظر گرفت و مدل را تحلیل نمود که البته مشخص است که با توجه به موارد مشروح در بخشهای پیشین، این نوع رابطه سازی، دقت مخصوص به خود را داراست. البته از دیگر معایب این نوع مدلسازی می توان به این نکته اشاره کرد که کاهش بار کمانشی را در سیکلهای بالا در نظر نمی گیرد و طبیعتا یک رفتار بالاتر از واقعیت را پیش بینی می نماید؛ البته نتیجتا برتریهایی از جمله سادگی مدلسازی را نیز در بر می گیرد.

3-1-پیشینه ومقدمه 38

3-1-1-مدلهای فیزکی 38

3-1-2-مدلهای پدیده ای 38

3-1-3-المانهایی که برپایه روش اجزاء محدود میباشند 39

3-2-معرفی رفتار پس کمانشی درحالات مختلف 40

3-3-تشریح یک سیکل کامل غیرارتجاعی 44

3-4-اثرلاغری برمنحنی هیستریس بادبند  48

3-5-بررسی دقیق منحنی پس کمانش  49

3-5-1-مدل فیزیکی ساده شده 49

3-5-2-مدل واقعی 52

3-6-مدل عددی مورد استفاده دراین پایان نامه   55

3-6-1-مشکل واگرائی عددی درسیکلهای کشش وفشار متوالی 56

3-6-2-مقایسه المانهای مختلف درشبیه سازی رفتار پس کمانشی 57

3-6-3-رفتار چرخه ای 60

3-6-4-پیش بینی بارکمانشی درحلقه های متوالی 82

3-6-5-اتلاف انرژی 84

3-7-نتیجه گیری 88

مقطع درحالت اولیه وتغییر شکل یافتهمقطع درحالت اولیه وتغییر شکل یافته

مقطع درحالت اولیه وتغییر شکل یافته

فصل چهارم:آنالیز قاب دوبعدی با درنظرگفتن کمانش اعضا

4-1-پیشینه و مقدمه:

در این فصل از المانهایی که در فصل پیش قدرت آنها در مدلسازی رفتار اعضای واقعی بررسی شد، جهت شبیه سازی رفتار قابهای دو بعدی قابهای ساده ساختمانی استفاده می شود. در تمام این قابها اعضای مهاربند با روشی که در فصل پیش شرح داده شد، مدل می شوند و اعضای پرتال قیز توسط یک سری المان تیر ستون در نرم افزار گنجانده می شوند. کماتش اعضا مورد بررسی قرار گرفته و بر اساس آن رفتار چرخه ای قابها بدست آورده می شود. مدل عددی قاب با نتایج موجود آزمایشگاهی مقایسه شده و نتیجه می شود که مدل عددی به خوبی از عهده پیش بینی رفتار قاب آزمایشگاهی بر آمده و مدل دو بعدی ساخته شده بر پایه آن، می تواند تحت بارگذاریهای متفاوت، رفتاری مشابه تمونه آزمایشگاهی ارائه دهد و محتملا این نتیجه گیری قابل تعمیم به حالت سه بعدی تیز می باشد. جهت انجام بررسیهای ذکر شده در بالا، سه قاب مختلقب با سه نوع رفتار مختلف به عنوان موارد مشابه پروژه حاضر مورد بررسی قرار می گیرد. قاب ساده Sikalierud و Amdahl (۲۰۰۲) به عنوان تموته اولی، قاب Zayas و همکاران (۱۹۸۰) و قاب هنرور و همکاران (۲۰۰۷) که این قاب در دو حالت بررسی می شود. تتایج تحلیلی برای قاب اول و نتایج آزمایشگاهی برای قابهای دوم و سوم موجود بوده و نتایج عددی جهت بررسی با آنان ارائه می گردد.

4-1-پیشینه ومقدمه 90

4-2-قاب سادهskallerud و Amdahlا    90

4-3-قاب Zayas وهمکاران   93

4-4-قاب هنرور وهمکاران 100

4-5-قاب ساده Wakabayashiا 105

4-5-1-مشخصات مصالح وهندسی مدل Wakabayashiا    106

4-5-2-علائم واختصارات   107

4-5-3-بارگذاری 107

4-5-4-مقایسه نتایج مدل عددی وآزمایشگاهی قاب Wakabayashiا    108

4-5-5-تحلیل قاب Wakabayashi بااستفاده از رکورد زلزله السنترو 109

4-6-برسری یک قاب 5طبقه(مدل واقعی ساختمان)  112

4-6-1-مشخصات مدل قاب 5 طبقه 115

4-6-2-تحلیل ونتایج قاب 5 طبقه 116

4-6-2-1-تحلیل استاتیکی غیرخطی 117

4-6-2-1-1-تحلیل استاتیکی غیرخطی سازه باکمانش اعضا 117

4-6-2-1-2-تحلیل استاتیکی غیرخطی سازه باجلوگیری ازکمانش 118

4-6-2-2-تحلیل دینایمکی غیرخطی 118

4-6-2-2-1-تحلیل دینامیکی غیرخطی سازه با کمانش اعضا 119

4-6-2-2-2-تحلیل دینامیکی غیرخطی سازه باجلوگیری از کمانش 120

4-6-3-مقایسه تحلیل استاتیکی غیرخطی  120

4-6-4-مقایسه تحلیل دینامیکی غیرخطی 121

نمودار بار تغییر مکان یک المان الاستیک دوسرمفصل

نمودار بار تغییر مکان یک المان الاستیک دوسرمفصل

فصل پنجم:نتیجه گیری وپیشنهادات

۵- ۲- پیشنهادات مطالعات آینده: در ادامه این تحقیق، زمینه های تحقیقاتی کمانش سازه ها به شرح ذیل پیشنهاد می گردد.

۱- بررسی تاثیر پریود غالب زلزله در رفتار سازه های کمانش یافته

 ۲- تعیین نقطه عملکردی برای سازه ها با و بدون کمانش

3- بررسی اثر کمانش اعضای ساختمانهای نامنظم

۴- بررسی رفتار قابهای کمانش ناپذیر با تحلیل غیرخطی

5-1-نتیجه گیری 122

5-2-پیشنهادات مطالعات آینده 128

مراجع فارسی 129

مراجع لاتین 130

ABSTRACTا  133

هندسه یک قاب ساده

هندسه یک قاب ساده

فهرست جداول

3-1-مشخصات اعضاء ومقاطع انتخابی ازسری آزمایشات Zayas,Black وهمکاران  60

4-1-مشخصات اعضای قاب Zayas وهمکاران 94

4-2-ابعاد ومقاطع هندسی قاب Wakabayashiا     106

فهرست اشکال

2-1-المان خرپا درشکل اولیه وتغییر یافته 20

2-2-خرپا در مختصات اولیه وتغییرمکان یافته 22

2-3-المان تیر به همراه نیروها وتغیرمکان ها 24

2-4-المان پایه 25

2-5-شکل نیروها درحالت تغییر مکان یافته واولیه 27

2-6-شکل تغییرمکانها 27

2-7-مقطع درحالت اولیه وتغییرشکل یافته 30

3-1-نمودار بارتغییر مکان یک المان الاستیک دوسرفصل 41

3-2-هندسه یک قاب ساده 42

3-3-نمودار بارتغییر مکان برای قاب 42

3-4-مدل هندسی بادبند 43

3-5-مشخصات مناطق مختلف 45

3-6-رفتار درناحیه های مختلف 46

3-7-مشخصات ناحیه های مختلف 46

3-8-نمودار بار تغییرمکان مونوتنیک برای المان مهاربند 47

3-9-اثرات درجه دوم ناشی از ا   47

3-10-المان فیزیکی بافنر فرضی دروسط آن 50

3-11-منحنی بار-چرخش عضو فیزیکی به همراه رفتار فنر غیرخطی 51

3-12-منحنی لنگر-چرخش درحالات مختلف وشکل کلی عض  با نقص اولیه 52

3-13-منحنی بار تغییر مکان عضو مهاربندی 54

3-14-مدل پیشنهادی المان مهاربند باانواع سطوح مقطع 55

3-15-منحنی تنش-کرنش فولاد به همراه محنی انتقال 57

3-16-نمودار بارتغیرمکان برای سیکل سوم:مقایسه بین دوالمان 58

3-17-نمودار بارتغییر مکان برای انواع مختلف مدلسازی عددی 59

3-18-نموداربار-تغییرمکان نمونه آزمایشگاهی در مقابل مدل عددی برای نمونه شماره 1Black وهمکاران(1980)   61

3-19- نموداربار-تغییرمکان نمونه آزمایشگاهی در مقابل مدل عددی برای نمونه شماره 2Black وهمکاران(1980)   63

3-20- نموداربار-تغییرمکان نمونه آزمایشگاهی در مقابل مدل عددی برای نمونه شماره 3Black وهمکاران(1980)   65

3-21- نموداربار-تغییرمکان نمونه آزمایشگاهی در مقابل مدل عددی برای نمونه شماره 4Black وهمکاران(1980)   66

3-22-نموداربار-تغییرمکان نمونه آزمایشگاهی در مقابل مدل عددی برای نمونه شماره 5Black وهمکاران(1980)   67

3-23- نموداربار-تغییرمکان نمونه آزمایشگاهی در مقابل مدل عددی برای نمونه شماره 7Black وهمکاران(1980)   68

3-24- نموداربار-تغییرمکان نمونه آزمایشگاهی در مقابل مدل عددی برای نمونه شماره 8Black وهمکاران(1980)   69

3-25- نموداربار-تغییرمکان نمونه آزمایشگاهی در مقابل مدل عددی برای نمونه شماره 9Black وهمکاران(1980)   70

3-26- نموداربار-تغییرمکان نمونه آزمایشگاهی در مقابل مدل عددی برای نمونه شماره 10Black وهمکاران(1980)  71

3-27- نموداربار-تغییرمکان نمونه آزمایشگاهی در مقابل مدل عددی برای نمونه شماره 12Black وهمکاران(1980)    72

3-28- نموداربار-تغییرمکان نمونه آزمایشگاهی در مقابل مدل عددی برای نمونه شماره 15Black وهمکاران(1980)   73

3-29- نموداربار-تغییرمکان نمونه آزمایشگاهی در مقابل مدل عددی برای نمونه شماره 16Black وهمکاران(1980)   74

3-30- نموداربار-تغییرمکان نمونه آزمایشگاهی در مقابل مدل عددی برای نمونه شماره 17Black وهمکاران(1980)   75

3-31- نموداربار-تغییرمکان نمونه آزمایشگاهی در مقابل مدل عددی برای نمونه شماره 18Black وهمکاران(1980)   76

3-32- نموداربار-تغییرمکان نمونه آزمایشگاهی در مقابل مدل عددی برای نمونه شماره 19Black وهمکاران(1980)   77

3-33- نموداربار-تغییرمکان نمونه آزمایشگاهی در مقابل مدل عددی برای نمونه شماره 1 Zayas وهمکاران(1979)     78

3-34- نموداربار-تغییرمکان نمونه آزمایشگاهی در مقابل مدل عددی برای نمونه شماره 2 Zayas وهمکاران(1979)     79

3-35- نموداربار-تغییرمکان نمونه آزمایشگاهی در مقابل مدل عددی برای نمونه شماره 5 Zayas وهمکاران(1979)     81

3-36- نموداربار-تغییرمکان نمونه آزمایشگاهی در مقابل مدل عددی برای نمونه شماره 6 Zayas وهمکاران(1979)     82

3-37-پیش بینی باربحرانی کمانشی درحلقه های متوالی برای عضو شماره 10 Black و همکاران(1980)  83

3-38-پیش بینی بار بحرانی کمانشی برای لاغری های مختلف ومقایسه آن بافرمول آئین نامه AISCا 84

3-39-معیار Zayas وهمکاران(1980) جهت محاسبه انرژی اتلافی دریک سیکل کشش-فشار 85

3-40-اتلاف انرژی درهرسیکل برای سه نمونه انتخاب شده 86

3-41-انرژی اتلافی تجمعی برای سه نمونه انتخاب شده 87

4-1-قاب ساده skallerud و Amdahl(2002)    91

4-2-مقایسه نتایج مدل عددی ونتایج skallerud و Amdahl(2002)     92

4-3-قاب Zayas وهمکاران(1980)    94

4-4-مدل های عددی در نرم افزار Openseesا  95

4-5-الگوی بارگذاری اعمالی برقاب Zayas  وهمکاران(1980) 96

4-6-مقایسه مدل عددی ونمونه آزمایشگاهی درچرخه های 1 الی 5  97

4-7-مقایسه مدل عددی ونمونه آزمایشگاهی درچرخه های 5 الی 10   97

4-8-بیشین بارقابل تحمل توسط قاب Zayas   وهمکاران(1980) ومدلسازی آن توسط روشهای مختلف  98

4-9-مقایسه رفتار چرخه ای المانهایی که کمانش میکنند والمان هایی که فاقد این قابلیت می باشند  9

4-10-قاب هنرور وهمکاران(2007) 101

4-11-مدل عددی قاب هنرور وهمکاران(2007) 102

4-12-چرخه های هیسترتیک قاب هنرور وهمکاران(2007) برای حالتی که اتصالات ترد هستند 103

4-13- چرخه های هیسترتیک قاب هنرور وهمکاران(2007) برای حالتی که مهاربندهای کمانش میکنند 103

4-14-مقایسه اتلاف انرژی قاب در دوحالت مهاربندهای عادی واتصالات شکننده 104

4-15-شماتیکی از قاب Wakabayashi بامقاطع هندسی مورد استفاده در آزمایش 105

4-16-شماتیکی از قاب Wakabayashi بانامگذاری مقاطع هندسی مورد استفاده در نرم افزار 106

4-17-الگوی بار گذاری سیکلی اعمالی برقاب ساده Wakabayashiا  107

4-18-قاب Wakabayashi پس از آزمایش  108

4-19-نمودار هیسترسیس گره 4 قاب Wakabayashi با مقاطع هندسی مورد استفاده در آزمایش،مدل شده درنرم افزار 108

4-20-نمودار هیسترسیس قاب Wakabayashiی ناشی از نتایج آزمایشگاهی 109

4-21-رکورد زلزله السنترو 109

4-22-نمودار پاسخ CBF و BRBF ناشی از زمین لرزه السنترو 110

4-23-نمودار پاسخ نیرو-تغییرمکان مهاربند CBFا 111

4-24-نمودار پاسخ نیرو-تغییرمکان مهاربند BRBFا 111

4-25-نمونه ای از قاب CBFا 113

4-26-نمونه ای ازعضو کمانش یافته 114

4-27-شماتیک قاب 5طبقه جهت مدلسازی کمانش 116

4-8-نمودار نیرو تغییر مکان قاب 5 طبقه بدون جلوگیری از کمانش باتحلیل استاتیکی غیرخطی 117

4-29-نمودار نیرو تغییرمکان قاب 5 طقبه بدون جلوگیری از کمانش باتحلیل استاتیکی غیرخطی  118

4-30-نمودار تاریخچه زمانی قاب 5 طبقه بدون جلوگیری از کمانش باتحلیل دینامیکی غیرخطی 119

4-31-نمودار تاریخچه زمانی قاب 5طبقه باجلوگیری از کمانش باتحلیل دینامیکی غیرخطی 120


ABSTRACT:

Braced members in steel structures have untenable stress regarding lateral loads. Plastic models that exist in commercial software, unable to consider exact postbuckling behavior. Careful study of buckling and post buckling of these members by finite element method are very important. Also the manner of modeling of these members putting them in general structure and compare the results with laboratory tests are very important. Having an appropriate model for predicting the exact buckling behavior of members in compression and yield in tension the results of numerical models would be compared with laboratory results. For this purpose, behavior of some members with different section and different slenderness, with presenting an appropriate numerical model, buckling of members in compression and yield in tension with using opensees software, and load-displacement diagram compared with Black and Zayas laboratory results were studied. As we expected numerical model could satisfy simulation behavior of members. Also some properties like decrease of loading capacity in serial cycles and manner of tension yield in upper cycles had been modeled very well and using numerical model. This research studied the five story unbraced frame with Elecentro record. Key words:

Nonlinear static analysis, buckling, steel braced. Nonlinear dynamic analysis.


مقطع : کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

خرید فایل pdf و سفارش فایل word

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید